亚瑟·阿斯金（1922—2020）

亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）被誉为光学捕获之父，他可以用聚焦激光束操控原子和细胞等各种大小不等的粒子。2018年，时年96岁的阿斯金凭借“光学镊子及其在生物系统中的应用”成为当年诺贝尔物理学奖的获奖者之一。在光的作用力领域，他的发现具有开创性。2020年9月21日，阿斯金溘然长逝，享年98岁。

今天，光学镊子是生物学研究不可或缺的工具。它们可以测量物质的运动，其精度达到原子直径的水平，还可以用来测量利用单个载能分子——腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）的化学能所产生的力。

阿斯金出生于纽约布鲁克林，他与其兄长尤利乌斯（Julius）自学了物理和微积分，并由大家庭筹资进入哥伦比亚大学求学。大二时，美国卷入第二次世界大战，阿斯金的导师西德尼·米尔曼（Sidney Millman）说服军方将其留在哥伦比亚大学，从事雷达技术工作。之后，阿斯金进入康奈尔大学攻读博士学位，在那里准确测量出了电子-电子和电子-正电子散射的角相关性，从而验证了全量子电动力学（相对）理论。后来，他在米尔曼的邀请下，加盟贝尔实验室，并在那里一直工作到1992年退休。

从童年时代起，阿斯金就对光产生的力痴迷不已。20世纪60年代中期，他获悉来自加拿大多伦多大学的埃里克·罗森（Eric Rawson）阐述了微小的尘埃粒子如何被困于氦氖激光腔内的光束中。阿斯金对此感到好奇，便将激光束聚焦到浸入水中直径仅为数微米的乳胶球上。水将球体冷却，从而消除了热辐射力，但粒子仍然被吸入高强度的光束中。阿斯金的研究表明，粒子就如同一个微小透镜，可改变光的动量。动量的变化速率会在粒子上产生相等但相反的力，并将其吸引到光强度更高的光束中。

阿斯金还对原子光学力进行了研究。他与约翰·比约克霍尔姆（John Bjorkholm）和理查德·弗里曼（Richard Freeman）一起演示了透镜的原子版本——“偶极力”。他在1978年提出，将散射和偶极力结合在一起可以捕获原子。他强调了一个由两个相反的激光束组成的原子陷阱，也提出了一个聚焦激光束的“概念上最简单的陷阱”。

1985年，朱棣文的研究团队与阿斯金和比约克霍尔姆通力合作，通过使用由三个交叉传播的激光束产生“光学粘团”，光学粘团会使原子的运动速度减慢，并且足以使光学力捕获它们。该团队希望能够证明存在阿斯金提出的大容量陷阱，但经过好几个月都没有成功，他们没有采用单个聚焦光束。

在单个光束中使原子冷却至绝对零度以上并一直保持这种状态，类似于在室温条件下捕获水中微米大小的聚苯乙烯球。阿斯金意识到这一点之后，很快就证实水中直径为0.025～10 µm的聚苯乙烯颗粒可被单个光束俘获。几个月后，团队成功捕获了原子。事实上，光镊陷阱的所有要素都是由阿斯金于1970年设定的。

1987年，阿斯金发现，他可以对实验仪器上滋长的细菌进行光学操控。当光线被收起时，细菌会走开；而通过操控激光的焦点，它们又会被重新捕获。到1990年，一些研究人员已经可以通过将粒子、原子、细胞、细胞器和单个生物分子附着在聚苯乙烯球上，用光学镊子将其捕获。

阿斯金的想法非比寻常，既富有创造性又切合实际。他对科学孜孜不倦，满怀热忱，90多岁高龄时仍然一如往常，在家中的地下室工作。他乐教善教，指导众多生物物理学家学会了如何复制光镊陷阱。他探索光学力的热情极富感召力，改变了许多人的科学生涯。

资料来源 Nature